焊接机器人系统的焊缝识别及焊接轨迹规划研究

发布时间：2023-05-31 22:35

　　结构光视觉测量技术因其测量精度高、速度快、非接触、成本低等特点,被广泛应用于焊接机器人领域,所发展的新一代焊接机器人呈现出取代传统手工焊和示教再现型焊接机器人的趋势。结构光视觉测量系统的精确标定、焊缝的准确识别与定位、焊接轨迹的合理规划是这类焊接机器人系统的核心问题。本文针对六自由度机器人焊接系统,围绕结构光视觉测量的标定技术、强反光材料的焊缝图像特征识别技术、角接型焊缝焊接轨迹规划方法进行了深入研究,论文主要工作如下:(1)研究结构光视觉测量技术的立体测量原理,将其测量模型分为摄像机模型、结构光模型、手眼模型三个部分,分别研究了摄像机的内外参数标定方法、结构光平面参数标定方法和手眼矩阵标定及优化方法。(2)焊缝图像的特征点检测。针对不锈钢角接型焊缝图像强反光的特点,通过分析不同机器人姿态下拍摄到的焊缝图像,提出了基于图像形态学的焊缝特征点检测方法,采用图像连通域滤波、图像ROI(Region of Interest)提取、角点检测等方法,对焊缝特征点进行准确提取。其次,研究了焊缝三维重建与机器人焊接轨迹规划方法,基于结构光视觉测量原理,推导了像素坐标系到机器人坐标系的数学变换,为焊缝...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 焊接机器人的分类与发展现状
    1.3 结构光视觉测量技术在焊接机器人领域的国内外发展现状
    1.4 本文主要研究内容
第2章 结构光视觉测量系统的标定
    2.1 摄像机成像模型
        2.1.1 小孔成像模型
        2.1.2 摄像机内参模型
        2.1.3 摄像机镜头畸变模型
        2.1.4 摄像机外参模型
    2.2 摄像机内外参数标定
    2.3 结构光平面参数标定
        2.3.1 基于结构光视觉的三角测量原理
        2.3.2 结构光平面参数标定原理
        2.3.3 结构光平面参数标定
    2.4 手眼标定
        2.4.1 手眼标定算法
        2.4.2 手眼标定方法
        2.4.3 手眼标定的非线性优化
    2.5 本章小结
第3章 焊缝三维重建与焊接轨迹规划
    3.1 焊缝三维重建
        3.1.1 不锈钢焊缝图像特征提取
        3.1.2 图像坐标系到机器人坐标系的变换
    3.2 焊接轨迹规划
        3.2.1 焊接轨迹样条插值方法
        3.2.2 焊枪姿态约束计算方法
    3.3 本章小结
第4章 六自由度机器人焊接系统的软件设计
    4.1 软件平台搭建
        4.1.1 QT开发环境搭建
        4.1.2 配置OpenCV开源库
        4.1.3 配置PCL开源库
    4.2 焊接系统的软件界面设计
    4.3 多线程设计
    4.4 工控机与各子系统之间的通信
        4.4.1 工控机与PLC的通信
        4.4.2 工控机与机器人的通信
    4.5 本章小结
第5章 实验及结果分析
    5.1 六自由度机器人焊接系统的结构
    5.2 结构光视觉测量系统测量精度实验
        5.2.1 实验内容设计
        5.2.2 实验数据获取
        5.2.3 实验结果分析
    5.3 不锈钢角焊缝检测与跟踪实验
    5.4 不锈钢材料焊接实验
        5.4.1 焊接效果
    5.5 本章小结
第6章 结论
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的研究成果



本文编号：3826133